Además de explicar las propiedades comunes de todos los materiales, el comportamiento físico de los gases y la diversidad de sustancias, el modelo atómico-molecular permite una fácil interpretación de las reacciones químicas, pues pueden considerarse como un proceso en el que las moléculas de las sustancias iniciales (reactivos) desaparecen debido a su ruptura (si tienen varios átomos) y en el que se forman nuevas moléculas (lo que implica nuevas sustancias) mediante la unión de los mismos átomos pero de forma distinta. Así, si el hidrógeno y el cloro fueran monoatómicos, su reacción podría explicarse mediante el siguiente esquema:

Si el hidrógeno y el cloro estuvieran formados por moléculas diatómicas (como posteriormente se pudo comprobar) la reacción sería:

Este modelo de reacción química como reordenación de átomos no sólo explica que desaparezcan unas sustancias (reaccionantes) y aparezcan otras nuevas (productos) con propiedades muy distintas, sino el que en algunos casos sea posible recuperar las sustancias iniciales (que habían desaparecido) a partir de los productos. Esto es posible, porque, según el modelo, los átomos iniciales se encuentran formando parte de las moléculas de los productos, y, por tanto, es posible, en determinadas condiciones, que dichas moléculas se rompan y los átomos se vuelvan a unir formando moléculas idénticas a las iniciales.